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拍 VR 視頻,終于可以和攝像頭親密接觸了

2019-07-18
VR全景拍攝:VR 相機為何有安全距離?這樣的難題如何解決?
  相信了解
  VR
  相機的同學都知道,在進行 VR 視頻拍攝時,有一點非常重要,那就是千萬不要離相機太近,否則拍攝對象就會出現畸變變形和縫合不完整等情況。
  而這個“距離”就叫做VR 相機的安全距離。動點科技之前也體驗過很多 VR 相機,而他們的安全距離基本上都要達到 1 米以上,然而,Z近一家名叫西顧視頻FXG VR(以下簡稱西顧視頻) 初創公司找到動點科技,該公司創始人李文松告訴動點科技,他們研發了一款名叫 ET-2 的 VR 相機,安全距離小于 30 厘米。
  顯然,這是一個不小的技術突破,但李文松以及他名不見經傳的西顧視頻到底是如何做到的?
  VR 相機為何有安全距離
  據了解,我們使用的相機的鏡頭就相當于一個凸透鏡,可以把凸透鏡的中心近似看作是光心,也稱作“節點”,而相機的視場角則是由該點向外延伸線的夾角,以“背靠背”排列的雙目 VR 攝像機舉例,兩個鏡頭在極限視場角處的視線會相交于一點,而該點到相機的距離便會直接影響到上面所說的安全距離大小。
由此原理可知,想要縮小安全距離其實有兩個辦法,一是采用視野范圍更大的鏡頭,二是縮小節點與節點之間的距離。
  難題如何解決?
  而西顧視頻的 ET-2 一方面采用了單目 240 度視場角的廣角攝像頭,但更關鍵的則是該相機采用了更為獨特的鏡頭排列方式,縮小節點間的距離。
  理光雙目折返式棱鏡方案
  據李文松介紹,以雙目 VR 相機舉例,傳統光學方案是一種名叫“背靠背”的方案,該方案中,兩個相機的光學元器件“背靠背”對稱排列,導致節點差大,安全距離遠。為此,理光設計了如上圖所示的雙目折返式棱鏡方案,極大地縮小了節點差。不過,李文松表示該方案的雖然極大地壓縮了相機的厚度,并減少了相機安全距離,但相機的成像元器件卻無法做得更大,成像質量大受影響。

VR全景拍攝

交錯式背靠背
  基于同樣的原理,李文松認為減少多目相機(3DVR 相機)的安全距離的關鍵其實也是減小相鄰相機的節距,也就是將相機做得更緊湊?!叭欢?,很多 4 目或者 6 目相機為了模擬人眼的雙目立體成像效果,相鄰鏡頭之間的距離也都做成了 6 到 8 厘米,這就導致了這些相機嚴重的安全距離問題?!崩钗乃杀硎?,西顧視頻 ET-2 相機雖然是 8 目相機,但直徑才 8cm 多,“是目前全球直徑Z小的 8 目相機”,而鏡頭節距也僅僅只有 3 厘米多,安全距離小于 30 厘米。
  由于 ET-2 相機相鄰鏡頭之間的距離已經遠遠小于 6 到 8 厘米的人類雙眼間距離了,那么它又是如何實現 3DVR 效果的呢?
  對此,李文松介紹,3DVR 相機的發展其實也經過了 3 代:
將多組能夠產生雙目視差的鏡頭成對放置在 3 條、4 條或者更多條邊上,然后將左右鏡頭各自拼接起來,從而形成左眼全景圖與右眼全景圖。
但方案做成了圓形,Z少需要 4 個攝像頭達到 3DVR 效果。方法有專門的左眼攝像頭和右眼攝像頭,而第二代方案則是利用軟件技術在畫面中裁切出了左眼圖像和右眼圖像而已。不過,前兩代方案都有一個問題,即要想模擬人眼的雙目立體成像,就意味著相鄰鏡頭之間的距離要跟人眼瞳距類似,相機難以小型化,安全距離大。
李文松認為 ET-2 相機采用的方案屬于第三代,該方案可以選取間隔 1-3 個相機拍攝出的圖像進行拼接,從而保證相機視差與人眼類似,而同時,也可以將相機做得更加緊湊小巧,從而將安全距離壓縮到了 30 厘米以下。
  6DoF,西顧視頻的另一大招
  DoF,即自由度的意思。
  在 VR 頭盔發展歷程中,首先大規模出現的是 3DoF 產品,包括 Oculus DK1 在內均屬于此類,然而,佩戴這類頭盔,用戶只能通過“搖頭晃腦”更換視角,這并不是消費者所期待的 VR 頭顯。消費者渴望的,其實是在 VR 世界里自由自在地飛奔,而要實現此類 6DoF 功能,以前只能依靠昂貴且極占空間的位置追蹤外設來實現。因此,VR 從極火瞬間掉落進了冰窟窿,至今尚未翻身。
  然而,隨著 Oculus GO、HTC Vive Focus、Pico Neo 等成本更低、更便攜、更清晰的 6DoF 一體機的出現,VR 行業離復蘇似乎更近了一步。至少在李文松看來,支持 6DoF 功能的 3DVR 視頻內容已經迎來了發展的春天。
  關于 6DoF 內容,李文松介紹,利用游戲引擎開發出來的內容都是天然的 6DoF 內容,但這種方法制作出來的內容雖然有著質量好等諸多優點,卻也面臨著費時、費力、費錢的窘境。因此,李文松認為利用攝像機拍攝 6DoF 內容或許是一個更好的替代方案。
  李文松介紹,利用攝像頭拍攝 6DoF 內容其實可以分為 Outside-in 和 Inside-out 兩種方法:
  Outside-in,即將攝像頭圍成一圈往中間拍。其中Z為典型的便是今年年初英特爾宣布成立的全新立體內容工作室 Intel Studios,據悉,Intel Studios 是一個沉浸式媒體體驗中心,占地面積高達 10000 平方英尺,系統利用攝像機陣列,采集場景內所有信息,并以此渲染復制出虛擬場景。李文松認為,該方案的好處是拍出來的內容可以很方便地從各個方向觀察,但缺點也很明顯,那就是拍攝范圍有限,“你總不能將故宮也搬到里面去拍吧?!崩钗乃砷_玩笑。
  而西顧視頻則采用了一種 Inside-out 的方案,即用多目相機從中間往周邊拍。李文松解釋,由于 ET-2 可以選取間隔 1-3 個相機拍攝出的圖像進行拼接,從而可以拼接出多個視角稍有差異的完整的全景影像,此后,利用計算機技術虛擬出其他視角的全景影像。用戶佩戴上 6DoF 眼鏡之后,即可體驗到移步換景的 6DoF 視頻。
  雖然 Inside-out 方案也并非完美,比如,該方案會遇到物體阻擋等問題,導致玩家只能在一個很小的“安全范圍”內自由行走,否則就會因看見了拍攝機無法捕捉到的部分破綻而出戲。但李文松還是更傾心于這種方案,在李文松看來,該方案雖然有這樣那樣的不足,但拍攝范圍更大,方便攜帶,而且更重要的是,該方案在未來有望形成 UGC 的內容生產模式,而 Outside-in 方案只能給到非常專業的工作室使用。
  另外,李文松堅信,Inside-out 方案的缺陷其實也并不是完全沒有可能解決?!拔磥硪部梢圆捎枚鄼C配合,甚至用人工智能的方法對遮擋部分進行補救?!崩钗乃杀硎?。
  實際上早就有人提出過做 6DoF 視頻的建議,但由于技術上的各種限制未能成行,而其中數據量太大是其中Z重要的一個原因。對此,西顧視頻專門開發了自己的算法和視頻播放器?!巴惹逦认?,3DVR 視頻的數據量只有 2DVR 視頻的兩倍,6DoF 只比普通 3DVR 視頻增加 2 倍不到的數據帶寬,已經初步支持在網上的傳輸,播放和存儲了?!崩钗乃杀硎?。
  目前,西顧視頻 FXG VR 團隊現有員工約 30 人,為了新技術不斷的迭代研發,拓展現有的項目和市場,他們也在尋求對前沿科技等感興趣的資方進行合作。


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